专利名称：人体跌倒检测与报警装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人体跌倒检测与报警装置，属于医学检测技术领域。
背景技术：
进入21世纪，人口老龄化将愈为显露。随着经济的发展和文化的交流，人口的流 动性大大加速，使得很多子女不在老人身边。因而老年人得健康及其医疗护理问题逐渐成 为一个重大问题，多数老年人的健康状况无法得到及时监测。在发生意外时，如果老年人得 不到即时的救助，甚至会威胁到生命安全。而跌倒是在老年人中常有发生的一种意外事件。 老人的跌倒会引发很多安全问题，5% 15%的跌倒造成脑部损伤、软组织损伤、骨折和脱 臼等，其中最严重的是髋部骨折。现有的跌倒检测技术可分为三类基于视频的跌倒检测系统，基于声学的跌倒检 测系统，基于穿戴式传感器的跌倒检测系统。基于视频的跌倒检测系统是在一定区域内安装摄像头，拍摄人体活动的画面。通 过图像处理的方法，检测是否有跌倒发生；基于声学的跌倒检测系统是通过分析跌倒时的音频信号来检测的；基于穿戴式传感器的跌倒检测系统，指穿戴微型课穿戴设备，如衣服、帽子、首饰 等，来试试检测人体的活动。基于视频的跌倒检测系统受到区域限制；基于声学的跌倒检测系统准确率相对 有待提高。现有基于穿戴式传感器的跌倒检测系统，如ht. Cl CN 2168586Y，Int. Cl CN 2249072Y基本是采用水银开关进行跌倒的检测；Int. Cl CN 201127606Y，采用仅通过加速 度传感器方式进行跌倒检测。其缺点对跌倒进行检测的方法单一，准确率不够高，容易造成 假报警。大部分传统的跌倒检测方式无远程无线通信功能，并且不能对跌倒发生的位置进 行定位。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种人体跌倒检测与报警装置。人体跌倒检测与报警装置，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分和跌倒位 置检测部分；跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部 分对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位 置检测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监 护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置。本发明的优点在于(1)对检测到的跌倒进行定位；(2)将跌倒信息和跌倒发生的位置同时进行报警。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明跌倒检测部分结构示意图；图3是本发明的三轴加速度示意图；图4是本发明的人体传感器佩戴示意图；图5是本发明的人体姿态示意图。图中1-跌倒检测部分2-跌倒检测信息传输部分 3-跌倒位置检测部分4-第二陀螺仪5-微控制器6-第一加速度传感器7-第二加速度传感器 8-第一陀螺仪
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种人体跌倒检测与报警装置，如图1所示，包括跌倒检测部分1、跌倒 检测信息传输部分2和跌倒位置检测部分3。跌倒检测部分1依次连接跌倒检测信息传输 部分2和跌倒位置检测部分3。跌倒检测部分1对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌 倒位置检测部分3获取人体跌倒发生的地理位置，帮助监护人或监护中心对被监护人的跌 倒位置进行定位，跌倒检测信息传输部分2向监护人或监护中心发送跌倒报警信息。如图2所示，跌倒检测部分1包括微控制器5、第一加速度传感器6、第二加速度传 感器7、第一陀螺仪8和第二陀螺仪4。图3为三轴加速度传感器信号示意，χ y ζ为各轴 向上线加速度，静止状态下其矢量和为lg。θ表示ζ轴与垂向的夹角，它可以由ζ轴方向 加速度值大小和三轴加速度大小矢量和之间的三角函数关系求得，第一加速度传感器6和 第一陀螺仪8佩戴于人体腰部，第二加速度传感器7和第二陀螺仪4佩戴于人体大腿部，如 图4所示，第一加速度传感器6用于测量腰部的线加速度信号，第一陀螺仪8用于测量腰 部的角速度信号，第二加速度传感器7用于测量大腿部的线加速度信号，第二陀螺仪4用 于测量大腿部的角速度信号，微控制器5采用TI的16位超低功耗的MSP430系列单片机的 MSP430F1611，微控制器5对两个加速度传感器6和两个陀螺仪7的信号进行采集，得到腰 部和大腿部的信号向量模，将第一加速传感器6测量的线加速度带入公式(1)，得到人体腰 部信号向量模SVM1，带入公式O)，得到人体腰部和重力方向夹角为θ 1;将第二加速传感 器7测量的线加速度带入公式(1)，得到人体腿部信号向量模SVM2，带入公式O)，腿部和重 力方向夹角为θ 2，通过第一陀螺仪8得到人体腰部运动角速度，通过第二陀螺仪4得到人 体大腿运动角速度。SVM = ^ax2 +ay2 +az2(1)θ = arccos(az / ^jax2 + ay2 +az2)(2)其中iWiz分别表示xyz三个方向上的线加速度大小，其中ζ方向为垂直方向，y 方向为人体前后向，X方向为左右方向。设定人体安全时SVM和运动角速度的阈值，本发明中SVM阈值为1. 8g_2. 2g，运动角速度阈值为0. 5rad/s-0. 55rad/s,当人体腰部信号向量模SVM1和人体腿部信号向量模 SVM2均超过SVM阈值，并且人体腰部运动角速度和人体大腿运动角速度均超过运动角速度 阈值，微控制器5判断人体发生跌倒。如图5所示，微控制器5通过人体腰部和重力方向夹 角为Q1、腿部和重力方向夹角为θ 2判断人体姿态。如当Q1* θ 2均小于一固定值时(可 设定在20° -30°之间)，则人体处于站立姿态；如当Q1小于一固定值θ 2大于一固定值 工可设定在20° -30°之间，θ 2可设定在60° -70°之间)，则人体处于坐姿态；如当 Q1* θ 2均大于一固定值(可设定在60° -70°之间)时，则人体处于躺位姿态。跌倒位 置检测部分3采用GPS模块对跌倒位置进行定位，将人体跌倒发生的地理位置输出给微控 制器5，方便监护人或监护中心对被监护人的跌倒位置进行定位。微控制器5控制跌倒检测 信息传输部2向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置，跌倒检测信 息传输部2采用GSM模块进行远程无线通信。
权利要求
1.人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分 和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分对 人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位置检 测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监护人 或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置。
2.根据权利要求1所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，跌倒检测部分包括 微控制器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一陀螺仪和第二陀螺仪；第一加速度 传感器和第一陀螺仪佩戴于人体腰部，第二加速度传感器和第二陀螺仪佩戴于人体大腿 部，第一加速度传感器用于测量腰部的线加速度信号，第一陀螺仪用于测量腰部的角速度 信号，第二加速度传感器用于测量大腿部的线加速度信号，第二陀螺仪用于测量大腿部的 角速度信号，微控制器对两个加速度传感器和两个陀螺仪的信号进行采集，将第一加速传 感器测量的线加速度带入公式(1)，得到人体腰部信号向量模SVM1 ；将第二加速传感器测量 的线加速度带入公式(1)，得到人体腿部信号向量模SVM2，通过第一陀螺仪得到人体腰部运 动角速度，通过第二陀螺仪得到人体大腿运动角速度；SVM = ^ax2 +ay2 +az2(1)其中 分别表示xyz三个方向上的线加速度大小，其中ζ方向为垂直方向，y方向 为人体前后向，χ方向为左右方向；设定人体安全时SVM和运动角速度的阈值，当人体腰部 信号向量模SVM1和人体腿部信号向量模SVM2均超过SVM阈值，并且人体腰部运动角速度和 人体大腿运动角速度均超过运动角速度阈值，微控制器判断人体发生跌倒。
3.根据权利要求2所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的微控制器采 用TI的16位超低功耗的MSP430系列单片机的MSP430F1611。
4.根据权利要求2所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的SVM阈值为 1. 8g-2. 2g，运动角速度阈值为 0. 5rad/s-0. 55rad/s。
5.根据权利要求2所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的第一加速传 感器测量的线加速度带入公式O)，得到人体腰部和重力方向夹角为θ 1;第二加速传感器 测量的线加速度带入公式0)，腿部和重力方向夹角为θ2;θ = arccos(az /^Jax2 + ay2 + az2)(2)
6.根据权利要求7所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的微控制器通 过人体腰部和重力方向夹角为Q1、腿部和重力方向夹角为θ 2判断人体姿态；如当Q1* θ 2均小于一固定值，固定值为20° -30°，则人体处于站立姿态；如当Q1小于20° -30° 且θ 2大于60° -70°，则人体处于坐姿态；如当9工和θ 2均大于一固定值，固定值为 60° -70°时，则人体处于躺位姿态。
7.根据权利要求1或2所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的跌倒位置 检测部分采用GPS模块对跌倒位置进行定位，将人体跌倒发生的地理位置输出给跌倒检测 部分的微控制器。
8.根据权利要求1或2所述的人体跌倒检测与报警装置，其特征在于，所述的跌倒检测信息传输部向监护人或监护中心发送信息，采用GSM模块进行远程无线通信。
全文摘要
本发明公开了一种人体跌倒检测与报警装置，包括跌倒检测部分、跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分依次连接跌倒检测信息传输部分和跌倒位置检测部分；跌倒检测部分对人体姿态进行检测，判断人体是否跌倒，当判断人体跌倒时，跌倒检测部分通过跌倒位置检测部分获取人体跌倒发生的地理位置，跌倒检测部分控制跌倒检测信息传输部分向监护人或监护中心发送跌倒报警信息和人体跌倒的地理位置。本发明的优点在于对检测到的跌倒进行定位；将跌倒信息和跌倒发生的位置同时进行报警。
文档编号A61B5/11GK102136180SQ20111005923
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者杨松岩, 樊瑜波, 牛海军 申请人:北京航空航天大学